地鐵盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)探討

鄭海

摘要：伴隨著經(jīng)濟(jì)總量提升，人民對活動(dòng)空間需求量不斷增大，修建地鐵已成為緩解人口數(shù)量增長造成的交通壓力的有效對策之一。利用盾構(gòu)法修建地鐵隧道具有高效、高自動(dòng)化、高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，基于此，盾構(gòu)法隧道施工將成為修建地鐵工程的首選方法。文章首先對地鐵盾構(gòu)隧道施工的原理進(jìn)行闡述，然后提出施工過程中的重點(diǎn)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，并對其提出了相應(yīng)的處理措施，希望為地鐵盾構(gòu)隧道施工提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道施工；地鐵；設(shè)計(jì)；質(zhì)量控制

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生活結(jié)構(gòu)與水平的改變與提升，修建地鐵已成為解決交通壓力、提高交通效率、保障人們生活質(zhì)量的有效措施之一。盾構(gòu)法是一種安全快捷的修建隧道方法，也是修建地鐵隧道的主要工程環(huán)節(jié)。此外，盾構(gòu)法施工還是高自動(dòng)化、高安全性能、低勞動(dòng)強(qiáng)度的現(xiàn)代機(jī)械化施工作業(yè)方式。

一、地鐵盾構(gòu)隧道施工的原理闡述

地鐵盾構(gòu)法施工是一種歷史久遠(yuǎn)的隧道施工方法。盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵隧道施工主要是利用有特定形狀的鋼制構(gòu)件性能來維持土體穩(wěn)定、保護(hù)作業(yè)人員安全施工，如圖1所示，與此同時(shí)，按照設(shè)計(jì)的隧道軸線通過挖掘土體向前掘進(jìn)。

地鐵盾構(gòu)隧道施工由安裝和拆卸、地層開挖和推進(jìn)、襯砌支護(hù)拼裝以及防水五道工序組成。具體步驟：首先利用地下連續(xù)墻修建地鐵車站，然后通過車站兩端豎井將盾構(gòu)組件吊入站內(nèi)進(jìn)行安裝，接著從車站一端豎井的洞門處開始挖掘土體，并按照著既定的設(shè)計(jì)路線掘進(jìn)到達(dá)下一車站的端口處。此外，為了確保開挖坑道（采煤、采礦或隧道工程中）不斷向前推進(jìn)的工作面維持穩(wěn)固，防止該面出現(xiàn)土地塌方，通常采用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道土地開挖工序，并安裝盾構(gòu)反力架等設(shè)備，使盾構(gòu)架構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的外部支撐環(huán)境。與此同時(shí)，在進(jìn)行地層開挖工作以及襯砌裝配等工序時(shí)，借助千斤頂?shù)淖陨硗屏砜朔軜?gòu)架在掘進(jìn)過程中的土層阻力，以此保持盾構(gòu)架的前進(jìn)速度。采用盾構(gòu)進(jìn)行開挖隧道主要具有挖掘速度快、工程干擾因素小、信息化程度高、以及施工作業(yè)相對安全等優(yōu)點(diǎn)。

二、地鐵盾構(gòu)隧道施工的質(zhì)量控制要素

地鐵盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量控制是為了保障施3-T程質(zhì)量水平的一種監(jiān)控活動(dòng)。地鐵要求的使用壽命很長，是關(guān)系國計(jì)民生政府重點(diǎn)工程，是城市交通建設(shè)的門面之一。因此，必須嚴(yán)格把控質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在參建過程中要有“精品意識(shí)”，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)隧道施工的質(zhì)量控制主要分三個(gè)方面的嚴(yán)格把控。首先，管片生產(chǎn)。管片生產(chǎn)的精度要求高，對混凝土抗壓程度和抗?jié)B程度要求也很高，盾構(gòu)管片是盾構(gòu)法隧道的永久襯砌結(jié)構(gòu)，它的質(zhì)量直接關(guān)系到隧道整體的質(zhì)量與安全；其次，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)掘進(jìn)與管片拼裝?？刂坪枚軜?gòu)掘進(jìn)與管片拼裝的質(zhì)量是保障整個(gè)地鐵隧道工程能夠有效率前進(jìn)以及整體質(zhì)量的重要防線，其質(zhì)量的好壞與盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、管片選型、拼裝工人自身的素質(zhì)水平有很大關(guān)系；最后，防水工程。因此，做好地鐵防水工程的質(zhì)量控制，就是給地鐵的生命安全提供保障。

三、地鐵盾構(gòu)隧道施工設(shè)計(jì)

（一）盾構(gòu)機(jī)選型

盾構(gòu)隧道施工作業(yè)是否可以順利進(jìn)行，很大程度上決定于盾構(gòu)機(jī)選型是否合理。對于地鐵所處地區(qū)為中、粗砂與礫砂層，地下水位埋深較大，基本可以達(dá)到7m左右，最終確定選擇應(yīng)用土壓平衡盾構(gòu)。另外，下穿河流段時(shí)水頭比較高，含水層厚度大，為保證施工效率和質(zhì)量，確定選擇應(yīng)用泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。

（二）管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循一定原則，即要求結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，按照7度設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)抗震，人防則按照6級(jí)設(shè)計(jì)。另外，基于工程施工環(huán)境，確定隧道防水等級(jí)為二級(jí)。以及迎土面?zhèn)攘芽p寬度應(yīng)控制在0.2mm以內(nèi)，結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)裂縫則應(yīng)控制在0.3mm以內(nèi)。地表沉降量一般可控制在30mm以內(nèi)，隆起量控制在10mm左右。為保證施工作業(yè)順利進(jìn)行，要求管片襯砌結(jié)構(gòu)直徑變形為隧道外徑1‰以內(nèi)。應(yīng)用盾構(gòu)法進(jìn)行地鐵隧道施工，一般可分為單層和雙層兩種形式，其中單層襯砌施3-3-藝簡單，施工周期較短且成本小，可保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成所有施工作業(yè)，且襯砌圓環(huán)變形、管片接縫張開亮以及混凝土裂縫防水性等均不會(huì)受到影響，可控制在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，減少質(zhì)量隱患的存在。

（三）襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.計(jì)算模型

在對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，選擇應(yīng)用“荷載一結(jié)構(gòu)”模型，即地層除了會(huì)對襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生主動(dòng)荷載以外，還會(huì)對其產(chǎn)生被動(dòng)彈性動(dòng)力，通過彈性地基梁理論課確定彈性抗力，并通過受壓彈簧來模擬結(jié)構(gòu)與地層間相互作用力。另外，對管片接縫位置剛度遠(yuǎn)小于正常斷面剛度的特點(diǎn)進(jìn)行分析，需要對管片剛度進(jìn)行折減計(jì)算，同時(shí)還要兼顧錯(cuò)縫拼裝對內(nèi)里帶來的影響，計(jì)算時(shí)需要向結(jié)果內(nèi)引入彎矩增大率對內(nèi)力進(jìn)行修正。

2.荷載計(jì)算

隧道結(jié)構(gòu)所承受的主要荷載為地層壓力，包括豎向壓力和水平壓力兩種。在進(jìn)行淺埋處理時(shí)，可按照全土柱重量來對計(jì)算豎向壓力；深埋處理時(shí)，則應(yīng)按照泰沙基公式計(jì)算豎向壓力。另外，基于結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，確定受力時(shí)墻體位移與地層間相互作用，根據(jù)靜止土壓力、主動(dòng)土壓力以及被動(dòng)土壓力進(jìn)行計(jì)算得到結(jié)果。

（四）工程防水設(shè)計(jì)

在對管片防水設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用高精度、高強(qiáng)度的C50防水混凝土對管片自身進(jìn)行處理，且結(jié)合抗?jié)B標(biāo)號(hào)來確定埋深參數(shù)。另外，還需要對襯砌進(jìn)行外注漿防水處理，通過同步注漿與二次注漿對空隙進(jìn)行填充。

四、結(jié)束語

盾構(gòu)隧道施工方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到我國各大城市的地鐵隧道施工中，盾構(gòu)技術(shù)在國外和國內(nèi)長期應(yīng)用中已經(jīng)逐漸積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，但是想要充分發(fā)揮出施工技術(shù)優(yōu)勢，還需要基于盾構(gòu)施工技術(shù)特點(diǎn)，做好施工過程設(shè)計(jì)，提高施工綜合質(zhì)量。還需要從大量的技術(shù)資料和經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出詳盡的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，爭取使其施工技術(shù)可以量產(chǎn)化，為更多的城市地鐵工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)：

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